[發明專利]用于涂覆在電池負極上的涂料組合物、涂層以及形成該涂層的方法和應用

在審

• 申請號: 202111397943.9
• 申請日: 2021-11-24
• 公開（公告）號: CN114188510A
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發明（設計）人: 李偉偉;劉孝偉;趙磊;柯娃;馬永泉;李春姬
• 申請（專利權）人: 山東合泰新能源有限公司
• 主分類號: H01M4/24
• 分類號: H01M4/24;H01M4/36;H01M10/30
• 代理公司: 寧波甬致專利代理有限公司 33228
• 代理人: 李魏

本發明提供了一種用于涂覆在電池負極上的涂料組合物、涂層以及形成該涂層的方法和應用，所述用于涂覆在電池負極上的涂料組合物，其包含聚乙烯醇、聚氧化乙烯、造孔劑和緩蝕劑，其中各個組分的質量百分比范圍是：聚乙烯醇2～10％；聚氧乙烯1～3％；造孔劑0.1～2％；緩蝕劑0.1～3％；余量為去離子水；造孔劑適于與電池中電解液反應溶解，在高分子涂層上形成多孔結構；其中，造孔劑選自氣相二氧化硅。本發明要解決的技術問題是提供一種用于涂覆在電池負極上的涂料組合物，其在電池中的鋅負極表面形成包覆鋅負極的高分子涂層，涂層材料能夠限制電解液中電解質成分與鋅電極的接觸，減少溶解自腐蝕現象的出現，進而減少鋅電極變形和板結鈍化情況的產生。

技術領域

本發明涉及鋅鎳電池技術領域，具體而言，涉及一種用于涂覆在電池負極上的涂料組合物、涂層以及形成該涂層的方法和應用。

背景技術

鋅鎳電池因其具備較高的理論比容量、高輸出功率、低成本、本征安全性、環境友好以及原材料資源豐富等特點受到廣泛的關注，是一種極具發展潛力的化學二次電源。在現有技術中，由于鋅鎳電池負極在堿性電解液體系下存在電極溶解自腐蝕現象，導致其荷電保持性能很差，自放電嚴重，電池充滿電狀態存放一段時間后，即出現容量損失的現象。另外，鋅電極的溶解自腐蝕也會導致電池再次充電時，電解液中溶解的鋅離子或鋅酸根離子在極片其他活性點位置沉積，造成鋅電極變形和板結鈍化的現象。

發明內容

針對現有技術中的不足，本發明要解決的技術問題之一是提供一種用于涂覆在電池負極上的涂料組合物，其在電池中的鋅負極表面形成包覆鋅負極的高分子涂層，涂層材料能夠限制電解液中電解質成分與鋅電極的接觸，減少溶解自腐蝕現象的出現，進而減少鋅電極變形和板結鈍化情況的產生。

為解決上述問題，本發明提供一種用于涂覆在電池負極上的涂料組合物，包含聚乙烯醇、聚氧化乙烯、造孔劑和緩蝕劑，其中各個組分的質量百分比范圍是：聚乙烯醇2～10％；聚氧乙烯1～3％；造孔劑0.1～2％；緩蝕劑0.1～3％；余量為去離子水；所述造孔劑適于與電池中電解液反應溶解在涂層上形成多孔結構；其中，所述造孔劑選自氣相二氧化硅。

采用上述組合物質之后，聚乙烯醇、聚氧乙烯均為親水性高分子材料，其作為涂層材料既能保證鋅電極的潤濕性能，又能保護鋅電極活性物質的遷移，同時限制電解液中電解質成分與鋅電極的接觸，減少溶解自腐蝕現象的出現，提升鋅鎳電池荷電保持能力，防止極板腐蝕變形。并且聚乙烯醇、聚氧化乙烯在堿性條件下能夠穩定存在，保證鋅負極在電池全壽命周期內，都能夠被保護。氣相二氧化硅作為造孔劑，能夠與電解質反應生成硅酸鹽溶解，從而使該涂層產生氫氧根穿梭的通道，保證電池內阻不會因涂層的存在而升高。緩蝕劑的添加輔助提升鋅電極的抗溶解自腐蝕能力

可選地，所述緩蝕劑包括氫氧化鈣、氫氧化鎂、氫氧化鋁、硫酸鋁、硝酸鋁、氯化鋁、硫酸鎂、硝酸鎂、氯化鎂中的一種或多種混合物。

可選地，所述聚乙烯醇、聚氧化乙烯、造孔劑和緩蝕劑的質量比為1:0.1-1:0.01-0.35:0.01-0.15。

本發明要解決的技術問題之二是提供一種涂層，其由上述用于涂覆在電池負極上的涂料組合物固化形成，所述涂層厚度為0.01-2.00mm。

可選地，所述涂層厚度為0.01-0.30mm。

本發明要解決的技術問題之三是提供一種涂層的制備方法，由上述任一所述的涂料組合物形成，包括以下步驟：

S1、將聚乙烯醇、聚氧化乙烯、造孔劑和緩蝕劑溶于去離子水中配置成涂層液；

S2、將電池負極片浸潤于所述涂層液中，使所述電池負極片表面沾滿所述涂層液，再對所述電池負極片進行拉漿和烘干處理，制得涂層負極；

S3、將所述涂層負極安裝在鋅鎳電池中，電池電解液與造孔劑反應，在鋅負極表面的涂層上形成多孔結構。